二次设备在线监视与分析系统技术方案

1、精选优质文档-倾情为你奉上二次设备在线监视与分析（保信主站）技术方案2018年10月专心-专注-专业目 录第一章 总体方案3.1.1 概述二次设备在线监视与分析模块属于实时监控与预警类应用，基于能效管控系统统一支撑平台建设，位于安全II区。二次设备在线监视与分析功能模块用于实现对二次设备运行工况、运行信息、动作信息、录波信息、测距信息的分析处理，为调度管理部门实时掌握继电保护设备运行状态、及时判断电网实际故障状况、有效分析继电保护动作行为提供统一的数据平台和可靠的技术支撑，可有效提高调度管理和运行管理水平，如图1-1所示。本应用可为调度人员提供准实时的故障报告、辅助调度人员快速准确判断故障性质

2、和保护动作行为，及时作出事故处理方案，防止事故范围进一步扩大。同时本应用也为保护专业人员日常运行管理提供技术保障，包括：对二次设备运行状态的实时监视和运行信息的实时查询功能；二次设备模型管理、定值管理、录波文件管理等专业管理功能；基于故障录波文件的波形分析、故障测距等分析功能；对二次设备动作信息、运行信息的统计查询功能。图1-1 电网实时监控与智能告警功能模块及数据逻辑关系1.2 硬件配置系统配置如图1-2所示，主站端的硬件配置包括数据库服务器、磁盘阵列、通信服务器、应用服务器、调度员工作站、保护工程师站、主干网络交换机、采集网络交换机等，其中服务器和网络设备都采用双重化的冗余配置，可大大提高

3、系统运行的稳定性和可靠性。每台应用服务器下装并生成相同的二次设备实时数据库，运行相同的应用软件，均能通过基础平台的消息总线接收到相同的数据源（前置采集、人工操作）。在此基础上，每台服务器的应用软件采用相同的逻辑处理各种数据源，处理结果刷新本机的实时库，并从而保证了各台服务器实时数据的一致性。图1-2 硬件配置图1.3 软件框架二次设备在线监视与分析的基本功能包括二次设备建模、运行监视、故障告警、故障分析、定值管理、远程控制、信息归档、统计查询等,如图1-3所示。 u 本应用从数据采集和交换获取运行二次设备运行信息、动作事件、录波简报、故障录波数据等。u 本应用从稳态监控获取开关变位和SOE信息

4、。u 本应用从模型管理提供的网络拓扑分析结果。u 本应用向综合智能告警提供内容丰富完整的故障简报。u 本应用模块向运行分析与评价提供二次设备运行信息。图1-3 软件框架示意图1.4 设计方案在软件设计时充分考虑了本应用的功能特点，采用了模块化设计和参数化配置，以二次设备建模为基础、以数据库为核心、以图形显示为手段、以故障分析为重点，按照功能定位、数据流向、处理逻辑等因素设计了多个功能模块：通过信息过滤、信息分类和信息查询实现对装置运行状态的实时监视；通过在线故障分析综合多源信息进行故障诊断，最终形成故障报告，为综合智能告警提供可靠的判据和丰富的故障信息；通过信息归档将故障相关的所有信息整理成故

5、障信息包并形成故障分析报告；通过定值查询和定值核对实现定值信息的日常管理；通过严格的安全审核措施和严密的操作流程控制来确保远程控制的安全性和可靠性；通过对二次设备运行状态和运行工况进行实时自动统计，为运行分析与评价提供可靠的统计数据。图1-4 设计方案示意图第二章 二次设备建模2.1 二次设备基本模型系统提供专用的二次设备模型管理工具，并支持多种二次设备模型生成方式，包括通过召唤厂站端已配置好的规定格式的模型数据自动建模、导入标准的模型描述文件自动建模等，可大大减轻维护工作量。此外系统也支持通过手动录入方式建模等。建立的二次设备模型包括装置模型、装置信息模型。装置模型包括保护及故障录波器的装置

6、编号、装置名称、装置类型、装置型号、装置运行状态、装置所属的一次设备等装置参数。装置信息模型包括装置定值、装置模拟量、装置开关量、装置动作事件、装置自检信息、装置异常告警信息、装置压板状态等。系统具备模型比对功能，模型变化时支持增量更新。2.2 一二次设备关联模型系统可通过统一规范一二次设备的命名，基于名称匹配模糊查找的方式实现一二次设备的自动关联。此外也可以通过解析二次设备“装置配置”信息中包含的一次设备名称，并与本系统内一次设备的名称进行自动匹配，从而生成一二次设备动态关联模型。第三章 运行监视二次设备运行监视通过实时处理装置动作事件、异常告警信息、自检告警信息、运行定值、实时采样值、开关

7、量状态、软压板状态、通讯工况等信息，完成对二次设备的实时在线监视。3.1 状态监视系统将采集到的装置动作事件、异常告警信息、自检告警信息、通信状态变化、运行状态变化、定值变化等信号转化为二次设备的运行状态并通过画面图元的方式进行监视，如图3-1所示。当二次设备的运行状态发生变化时，可通过图元变色、闪烁等方式予以告警提示，直至用户确认。图3-1一次接线图运行监视同时系统支持通过定制画面列表的方式将系统中运行状态变化的装置统一列示。系统支持通过画面方式显示全网动作保护设备和最近的保护事件列表，如图3-2所示。图3-2 全网动作信息一览表系统支持通过画面列表方式显示全网告警保护设备和告警事件列表，如

8、图3-3所示。图3-3 全网告警信息一览表系统支持通过画面列表方式显示全网通讯中断的保护设备，如图3-4所示。图3-4全网通信中断信息一览表3.2 信息分类系统可根据上送信号类型不同进行分类，并设置为不同的事件级别，用户可定制事件级别。系统根据事件级别的高低调用告警服务定义的不同告警方式，如语音告警、推画面、上告警窗口等。事件分类如下：u 保护事件告警：Ø 保护动作/复归Ø 告警出现/消失Ø 自检异常/正常Ø 开关量分/合Ø 压板投入/退出Ø 故障量u 保护设备告警：Ø 保护装置通信中断/通信恢复Ø 故障录波器通信

9、中断/通信恢复Ø 保护子站通信中断/通信恢复Ø 保护装置转检修/转运行Ø 定值变化Ø 配置变化u 录波简报：Ø 保护装置录波简报Ø 故障录波器录波简报3.3 信息过滤系统对接收到的各种信息进行分类，并提供人机界面定义工具用于配置每一类信息的过滤策略。同时系统具备对调试和检修设备上送信息的自动过滤功能。系统具备对发送报文的过滤功能，可屏蔽指定类型的报文的发送，如禁止发送修改定值、切换定值区和投退软压板等带远程控制功能的报文。3.4 信息查询 系统为相关专业人员提供人性化、操作便捷的人机界面工具，可实时召唤查询二次设备的开关量、压板状态、

10、保护采样值、录波文件列表、故障录波文件、历史告警记录等信息。系统支持对装置开关量状态的实时查询，如图3-5所示。图 5-5开关量查询系统支持对装置采样值的实时查询，如图3-6所示。图 5-6采样值查询系统支持对装置历史信息的实时查询，如图3-7所示。图3-7 装置历史事件查询系统支持对装置录波简报、录波文件列表、故障录波文件的查询，如图3-8所示。图3-8 装置录波数据查询第四章 故障告警4.1 在线故障分析 电网发生故障时，系统的在线故障分析功能可自动对故障时的上送的大量保护信息进行筛选，从中提取重要的动作信息，并结合稳态监控提供的开关变位和SOE信息，基础平台提供的网络拓扑分析结果，以及从

11、录波简报及故障录波文件中自动提取的故障信息，基于逻辑推理、反向验证等手段，最终准确判断故障设备和故障时间，并形成准实时的故障报告。故障报告的内容丰富完整，包括：故障设备、故障相、故障电流、故障测距、重合闸情况、保护动作出口事件列表、保护分散录波数据、故障录波器集中录波数据、启动时开入量状态、启动后开入量变位、保护定值等。所有信息以故障为索引保存入数据库，并实现历史查询。如图4-1所示，故障报告可按时序显示与本次故障相关的保护动作事件列表，列表中包括通过硬接点和软报文两种方式上送信息。图4-1 故障报告-动作事件列表如图4-2所示，故障报告包括本次故障相关的录波文件，包括保护分散录波文件和录波器

12、集中录波文件，双击录波文件名可直接打开录波文件分析工具进一步分析故障。图4-2 故障报告-录波文件列表如图4-3所示，故障报告包括本次故障中相关所有保护装置的定值列表。图4-3 故障报告-定值列表4.2 故障告警在电网发生故障时，系统可根据在线故障分析的结果快速定位故障点，在电网潮流图上以直观醒目的方式突出显示故障站、故障设备，同时标明故障类型、故障相别、测距值等重要信息，如图4-4所示。系统支持直接在图形浏览器上直接调阅故障报告，并启动故障录波分析工具。故障报告更有利于辅助调度人员快速准确判断故障过程和故障性质，分析事故成因，及时作出事故处理方案，防止事故范围进一步扩大。图4-4 电网潮流图

13、故障告警第五章 故障分析5.1 波形分析系统提供基于保护分散录波数据、故障录波器集中录波数据的波形分析功能，主要包括：u 根据采样点绘制曲线图、绘制向量/阻抗轨迹图、计算各序分量的大小及角度、各高次谐波、直流分量、基波相角/有效值等功能。u 通过波形显示及分析界面可以方便的对当前显示的通道进行增加和删除、无极缩放、任意变换曲线颜色。u 支持波形一次/二次值的切换、人工自定义通道、波形的叠加及裁剪等操作。u 支持从故障录波文件中智能提取SOE、故障前后指定周期波形、故障通道波形等，并根据设定规则生成消除冗余信息的简化录波文件，从而实现对无效信息的智能化过滤。u 支持COMTRADE 91/99标

14、准格式的文件读取及转换功能，并具有较好的容错性。u 提供公式编辑器功能，支持通道数据的公式计算，可对故障录波数据进行深度挖掘。u 支持查看保护装置或故障录波器直接生成的原始简报信息。u 支持波形数据的打印输出，支持将波形数据保存为Execl格式的数据文件。如图5-1所示，波形分析工具可简洁直观的显示通道名称、曲线图、通道属性、CFG文件信息、并根据游标点显示瞬时/有效值等信息。图5-1 波形显示如图5-2所示，矢量分析功能可自动跟踪并获取游标前或后一个周波的采样数据，计算出对应的基波分量，并以矢量图的方式进行展示。图5-2 矢量分析如图5-3所示，矢量分析功能可自动跟踪并获取游标前或后一个周波

15、的采样数据，计算出对应的阻抗，并将其变化轨迹以矢量图的方式进行展示。图5-3 阻抗轨迹图波形分析工具支持将选取通道的波形数据导出为Execl格式的数据文件，如图5-4所示。图5-4 数据导出5.2 故障测距系统提供了单、双端的故障测距功能。u 同步双端测距：利用双端信息（故障线路两端的电压、电流数据），采用两种以上的双端测距算法，在保证线路参数和采样数据准确的前提下能够实现准确故障定位。u 非同步双端测距：基于双端不同步采样数据的故障测距算法，应能够从算法上消除线路的长度和参数变化对测距结果所产生的误差，并能够对各环节误差进行动态、实时的修正，以解决线路长度和参数在实际的电网环境中无法准确测量

16、的问题。u 在无法获取双端数据时，可采用单端测距算法计算故障距离。通过推导精确的接地故障测距模型，采用基于时域的单端测距算法，消除接地过渡电阻和对端运行状况的影响，同时考虑高压线路分布电容和双回线互感的影响。u 考虑线路的分布参数特性,利用线路双端的电压和电流量进行故障测距,从而保证测距精度不受过渡电阻、系统阻抗和故障类型的影响。u 对各种测距算法采用模块化设计，充分保证今后有较为良好的扩展性能。u 提供当线路非金属性短路接地时，可准确计算接地点阻抗的大小功能。u 测距算法能适应具有零序互感的双回线；u 系统能根据实际情况，自动选择最佳测距算法，以提高测距结果的准确性和可靠性。第六章 定值管理

17、6.1 定值查询系统提供便捷友好的人机界面工具，支持对二次设备的实时运行定值、备用多组定值及运行定值区的实时查询，如图6-1所示。操作人员可将查询到的实时运行定值存入主站数据库，数据库中原有的定值保存为带时标的历史定值。系统同时提供指定时间范围查询、比对历史定值的功能。图6-1 定值查询6.2 定值核对如图6-2所示，系统支持多种方式的定值核对功能，包括定值单定值与装置实时运行定值的核对、主站数据库中的定值与装置实时运行定值的核对、历史定值与当前定值的核对等。系统可根据设定的周期自动轮询各个保护装置的实时运行定值，并与主站数据库中保存的当前定值进行核对，如果发现两者存在差异，即发出告警提示提示

18、运行人员关注。图6-2 定值核对第七章 远程控制系统提供便捷友好的界面工具完成远方修改定值、投退软压板、切换定值区、版本升级、远程复归等远程控制功能，并具备完整的安全审核措施。系统可根据需求设置开放远程控制功能的厂站。操作前系统对用户权限和操作节点进行验证，对不具备控制权限和在非指定节点上操作的用户直接闭锁相关操作。整个修改过程完全遵循数据召唤-预修改-返校确认-修改确认-执行结果信息返回的流程，并在操作过程中实时监视保护装置的通信工况，如出现通信中断的情况即告警提示，完整的操作流程如图9-1所示。系统可根据实际操作规范提供监护功能。系统提供快速回退功能，可快速将定值恢复至修改前的状态。系统完

19、整记录整个操作流程的每个步骤，包括操作人、操作时间、操作节点、操作对象名称、修改前后的值、操作结果等信息，并存入历史数据库。图9-1 定值修改操作流程图对于远方修改定值、切换运行定值区操作，在用户输入定值（区）的过程中自动完成数据类型校验、数据合理性范围校验等验证措施，如图9-2所示。图9-2 定值修改-数据合理性范围校验 输入完毕下发前进行完成性校核，对比列示修改前后的定值项供操作人员再次确认，如图9-3所示。图9-3 定值修改-完成性校核第八章 统计查询系统可进行实时自动统计，统计的内容包括保信子站月可用率、保护装置月可用率等，统计结果可存入历史数据库，并支持按时间、厂站、保护设备、生厂厂

20、家等多种方式组合查询。部分统计公式如下：保信子站月可用率 = 保护装置月可用率 = 备注：装置月通信中断小时数包括子站故障通信中断时间系统支持以画面列表的方式实时显示通信统计结果，如图8-1所示。图8-1 通信统计列表系统支持分区域统计二次设备通信工况和运行工况，并将统计结果以画面棒图的方式实时显示，如图8-2所示。图8-2 通讯率区域统计系统将保护动作信号、告警信号、故障简报、通信状态变化、压板投退、定值变化等运行状态变化及用户操作信息存入历史数据，用户可根据时间、厂站、设备、事件类型等自由组合过滤条件进行历史查询，如图8-3所示。图8-3 历史查询-过滤条件设置第九章 信息归档9.1 信息

21、归档系统可根据一二次设备关联关系、一次拓扑连接、事件时间顺序对故障相关的所有信息进行归档管理，将与该次故障相关的所有故障信息整理成故障信息包。故障信息包的内容包括保护动作事件、开关量变位、录波简报、故障录波数据、保护设备定值、压板状态、保护配置等信息，便于运行管理和分析查询。9.2 故障分析报告模板工具在前期在线波形分析、信息归档的基础上，系统提供故障分析报告模板工具，用户可方便的通过人机界面对故障分析报告的内容和界面显示形式进行灵活定制。故障分析报告模板工具可自动给出故障相关的一、二次设备名称、故障时间、保护动作信息、故障相、故障电流、故障电压、故障测距、保护配置信息等内容，同时自动添加由故

22、障录波数据形成的图片文件，并提供人工评价功能，便于故障分析报告的生成。第十章 人机界面10.1 画面显示系统利用图形浏览器对多平面的支持及一二次设备关联关系，通过在厂站一次接线图上增加二次设备图元的方式实时显示二次设备的运行状态，二次设备图元可绘制在厂站一次接线图上相关联的一次设备附近，图形浏览器的多平面机制支持单独显示一次或二次设备图元或同时显示二者。电网发生故障时，在全网接线图上准确定位并突出显示故障站、故障设备，同时标注故障相、故障性质、故障测距值等重要信息。系统支持在图形浏览器上直接显示故障报告。此外，系统还支持通过定制画面列表的方式显示装置实时定值、实时采样值、开关量和压板状态等信息

23、，同时支持以画面列表方式显示通信率及运行率的统计结果。系统支持动作、告警等各类信号光字牌的显示。10.2 画面操作操作人员可以很方便的通过一次设备直接定位到对应的二次设备，并完成相关的功能调用，如图12-1所示。操作内容包括：u 实时运行信息查询:运行定值、当前定值区、保护采样值、开关量、软压板状态等。u 历史信息查询：包括查询保护历史事件、录波文件列表、故障录波文件等。u 二次设备挂牌、告警抑制操作。在设备检修、调试等情况下系统支持一二次设备联动挂牌、告警抑制，也支持单独对二次设备挂牌及告警抑制。图10-1 操作界面第十一章 故障信息归档故障报告是保护故障信息管理系统最实用也是最关键的功能之

24、一，可有效的辅助保护专业用户进行事故分析，其完整性、准确性直接决定了保护故障信息管理系统的实用化水平。在电网发生故障时二次设备在线监视与分析系统根据一定规则算法进行归档整合并最终形成故障报告。11.1 故障报告的分类故障报告分为装置故障简报和电网故障报告，两者为聚合关系，其中装置故障简报又分为保护故障简报和录波器故障简报，是以单个保护装置及录波器为基准进行信息整理、分析以及合并后形成。保护故障简报主要包含保护装置主动上送的故障相、故障电流、故障测距等故障信息，和保护启动/动作出口/重合闸/开入量变位/告警等保护软报文信号，以及主站数据库中保存的保护配置、定值和压板信息，而录波器故障简报的内容主

25、要是分析故障录波文件后获取的故障信息及保护（硬接点）及开入量变位时序表，以及主站数据库中保存的录波器定值信息。电网故障报告以一次故障为基准，综合相关的保护故障报告及录波器故障报告信息(对于线路故障需综合两侧报告)形成。图11-1 故障报告示意图11.2 保护事件及故障信息归档u 保护动作事件或故障量参数带有电网故障序号NOF，则相同NOF的保护事件、故障信息可以关联为一次故障的保护动作序列。u 如果保护装置上送的信息包含完整的动作、复归信息，则通过保护信息动作、复归的完整性来识别一次故障的保护动作序列（成对匹配）。u 保护动作事件上送时标带绝对时间和相对时间，将绝对时间减去相对时间即可得到故障

26、时刻，将相同故障时刻的事件关联为一次故障的保护动作序列。u 无法通过上述三种方式进行关联的，可通过故障持续时间经验值（一般为1020秒）按时序对故障信息进行关联。动作信息归档完成后，可分析获取故障的起始时间和结束时间，此时将故障参数信息按时间范围判断即可很方便的完成故障参数的归档，至此可形成初步的保护故障简报。在归档完成初步的保护故障简报后，可以进行初步的电网故障报告的归档，即以一次设备为索引结合故障特征匹配的方式关联多个保护装置的故障简报。11.3 录波文件归档故障时刻根据故障发生时间和录波启动时间进行双匹配归档。并关联到具体的电网故障设备进行归档存库。11.4 自动生成故障报告1、 保护装

27、置故障报告保护装置简报由故障简况、保护动作、录波文件、保护配置、保护定值、保护压板状态组成，故障简况、保护动作来源于离散的单条上送事件，保护配置、保护定值、保护压板状态来源于主站数据库中保存的信息。XXXX年XX月XX日XX时XX分XX秒XXXX 保护故障简报故障简况所属厂站保护装置故障时间故障设备故障相别最大故障电流最大零序电流是否重合闸故障测距保护动作0ms启动动作19ms电流差动保护动作动作19ms跳A动作1089ms重合闸动作动作录波文件*保护配置*保护定值*保护压板状态图11-2 保护故障报告格式2、 录波故障报告录波器故障简报由故障简况、保护动作、录波文件、录波器定值组成，故障简况

28、、保护动作及开关量变位来源于对故障录波文件的在线分析，录波器定值来源于主站数据库中保存的信息。XXXX年XX月XX日XX时XX分XX秒XXXX录波器故障简报故障简况所属厂站录波器名称故障时间故障设备故障相别最大故障电流最大零序电流是否重合闸故障测距保护动作及开关量变位0msXXXX硬接点动作19msXXXX开关量动作录波文件*录波器定值图11-3 录波故障报告格式3、 电网故障报告XXXX年XX月XX日XX时XX分XX秒XXXX设备故障报告XXX站(首端)XXX站(末端)保护装置1故障简报保护装置1故障简报保护装置2故障简报保护装置2故障简报录波器故障简报录波器故障简报*故障分析结论（人工评价

29、）图11-4 电网故障报告格式11.5 装置故障报告查询系统提供故障报告查询工具进行故报告的查询，如图所示图11-5故障报告查询其中每一条记录包含生成报告的装置、装置所属厂站、故障时刻以及故障简况等信息，双击单条记录可以显示装置故障报告。系统也支持指定二次设备查询装置故障报告。从左侧的树状列表中依次双击展开并选中区域、电压等级、厂站、一次设备、二次设备，右键单击二次设备并从弹出菜单中选择“查询装置报告”，系统可自动查询最近一段时间的装置故障报告列表(时间阀值可通过系统管理工具设置)，用户也可以通过重新设定起始时间和结束时间的方式来查询。每一条记录包含生成报告的装置、装置所属厂站、故障时刻以及故障简况等信息。双击单条记录可以显示装置故障报告详细内容，包括故障时刻、故障相、故障电流、重合闸、测距等故障信息。装置报告又包含动作信息（含开入量及故障参数）、录波信息、